slides

Ricerche di nuova fisica ad
LHC
T. Lari
University and INFN, Milano
1
Indice
•
•
•
•
Misura delle particelle nello stato finale. Trigger utilizzati.
Higgs (Standard Model): canali di scoperta
Higgs (Supersimmetrici)
Eventi di supersimmetria (mSUGRA) ad LHC
– Topologia, montecarlo utilizzati
• Ricerche inclusive
– Analisi getti+energia mancante+n leptoni
– Controllo del fondo di Modello Standard: fondo da processi fisici ed
effetti strumentali, tecniche per valutarlo
• Ricerche esclusive.
– Ricostruzione di canali di decadimento specifici, misura delle masse
• Interpretazione dei dati: dalle misure ad LHC ai parametri del
modello
• Altri modelli Supersimmetrici
Non trattero’ di altri modelli Beyond Standard Model (extra dimensions, 2 Higgs doublet
Model, Little Higgs, E6, …)
Frascati
28/02/2006
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ATLAS & CMS
ATLAS: A Toroidal Lhc ApparatuS
-Preciso
sistema di tracciatura centrale
-Buona copertura calorimetrica EM
-Buona accettanza per i m
-Calorimetria
adronica ermetica
(buona misura jet e Etmiss)
Rivelatori “general purpose”, ottimizzati
per la ricerca dell’Higgs e della
Supersimmetria
Frascati
28/02/2006
CMS: Compact Muon Solenoid
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Misura dei getti
Separazione: Diversi algoritmi per raggruppare celle
calorimetriche vicine che danno un segnale. Ad esempio:
cono di DhxDf= 0.4 (o 0.7) attorno ad una cella “seme”
Calibrazione: Il segnale di ogni cella viene pesato, in
modo da ottimizzare la risoluzione, la linearita’, e la scala
di energia. Correzione di effetti strumentali (energia del
getto di particelle) e fisici (energia del partone
originario). Strumenti: confronto con la verita’
montecarlo, pt balance in g+jet, Z+jet, massa del W, …
Accettanza: |h| < 5 (getti forward meno precisi)
Prestazioni attese (ATLAS):
-Risoluzione 60%/sqrt(E)+3%
-Scala di energia nota all’1%
Identificazione: I soli getti del b, per |h|<2.5, possono
essere identificati con una efficienza del 50-60%
(probabilita’ di falsi positivi: O(1%) per getti dell’u,
O(10%) per getti del c). Prestazioni del tagging
dipendenti dal pt, h, ed isolamento dei getti.
Frascati
28/02/2006
4
Misura di energia mancante
e taus
• Energia mancante = somma delle energie delle celle del
calorimetro (h<5) e dei muoni (h<3.2)
– Varie correzzioni per il rumore, energia persa nel materiale non
sensibile, etc.
– Risoluzione proporzionale a sqrt(SET). Contributi da risoluzione
del calorimetro, muoni, energia delle particelle fuori accettanza
• Tau misurati se decadono adronicamente (65%).
– Distinti dai getti sulla base del profilo di energia persa nel
calorimetro, il numero di tracce, etc.
– Efficienza vs reiezione dei getti funzione di pT ed h
Frascati
28/02/2006
5
Misura di e, m, g
• Elettroni, fotoni isolati (dai getti)
– Accettanza h<2.5
– Efficienza 80-90%, regiezione dei getti O(104)
– Risoluzione 10%/sqrt(E)+0.7% (ATLAS)
• Muoni isolati (dai getti)
– Accettanza h<3.2, pT>5 GeV
– Efficienza 95% (per muoni isolati)
Calibrazione in situ da Z →ee,mm
Frascati
28/02/2006
6
Trigger (ATLAS)
• Il trigger più generale per
•
•
ricerche di supersimmetria
richiede EtMiss > 70 GeV e un
getto con PT>70 GeV
I tipici tagli di analisi sono
molto piu’ stringenti
Trigger usati nella ricerca
dell’Higgs:
–
–
–
–
–
Frascati
28/02/2006
2 fotoni con pt> 20 GeV
2 elettroni con pt>15 GeV
2 muoni pt>10 GeV
1 tau pt>35 GeV, EtMiss>45GeV
…
7
Higgs production at LHC
gg → H
qq → qqH
Il processo di produzione primario e’ il
“gluon fusion”.
La Vector boson fusion (VBF) e la
produzione associata possono pero’ avere
rapporti segnale/fondo migliori.
Hbb, HZ, HW, Htt
I canali di VBF hanno due getti forward
(h> 2) e nessun getto duro centrale (h<2):
Forward jet tagging+central jet veto
Studiato solo a bassa luminosità (ad alta
luminosità problemi con il veto sui getti
MH< 219 GeV (95% CL)
centrali, a causa delle interazioni pp
Frascati
Il fit elettrodebole dice che l’Higgs e’ leggero!
aggiuntive)
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8
(assume la validità del modello standard)
Canali di scoperta
MH < 2 MZ (difficile)
H →gg
inclusivo, ttH, WH, qqH
H→ ZZ* → 4l
H → WW* → lnln
H → bb
ttH, WH
MH > 2MZ (facile)
H → ZZ → 4l
qqH → WW → ln jj
qqH → ZZ → 4l, llnn, lljj
Frascati
28/02/2006
9
H → gg
E’ il canale che permette la migliore misura
della massa dello Higgs. Si puo’ ottenere
una precisione migliore dell’ 1% per masse
del bosone tra i 100 e i 150 GeV.
Reported here: LO analysis, gg
fusion only
NLO analysis and VBF channels
improve significance (ATLAS
study, waiting for approval)
Misura basata sul calorimetro
elettromagnetico (ma anche il tracciatore).
Per un buon rapporto segnale/fondo
occorre
-un’ottima discriminazione getti/fotoni
-un’ottima risoluzione sulla massa
invariante (energia fotoni e posizione
interazione pp)
-Un’ottima efficienza (recupero
conversione g→ ee nel tracciatore) per
Frascati
poter
estrarre il segnale dal fondo.
28/02/2006
100 fb-1
10
H→ZZ*→4 leptoni
100 fb-1
Il segnale puo’ essere estratto
con facilita’ da un fondo
prevalentemente piatto.
Per MH>2MZ il canale di
decadimento in ZZ e’ quello
che offre migliore possibilità di
scoperta, assieme al qqH con
H→WW, ZZ.
L’accettanza del rivelatore e le efficienze di ricostruzione sono
punti cruciali per questo canale. Se uno dei 4 leptoni non viene
ricostruito, si perde l’evento.
Frascati
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qq->ttH, t->bln, t->bjj, H->bb
Il trigger e’ dato dal decadimento
semileptonico del W.
Richiede 4 getti taggati come b. I
I getti vengono associati al
decadimento del top o dell’Higgs
a seconda del valore delle
combinazioni di massa invariante.
Punti critici:
Usata per masse < 130 GeV
Prestazioni del b-tagging
Produzione diretta non visibile (fondo
QCD troppo elevato)
Conoscenza della shape del
fondo
Frascati
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12
VBF channels
qq->qqH,H->WW*->2l 2n
CMS
In questo canale solo la massa
trasversa puo’ essere ricostruita.
qq->qqH,H->2t
Due canali, a seconda del decadimento dei due
tau:
Lepton-lepton
Lepton-hadron
Il quadrimpulso del tau e’ ricostruito
scomponendo il vettore di missing energy lungo
la direzione dei prodotti di decadimento visibili
dei tau (aprossimazione collineare, valida per
impulsi elevati)
Due getti forward+central jet veto (VBF channel)
Frascati
28/02/2006
ATLAS, lepton-lepton
Zjj
tt, WW
100 120 140 160
13
Grafico riassuntivo di scoperta
100
120
140
160
180 200
mH (GeV)
I contributi dalle analisi basate sulla VBF (non considerati nei primi studi) danno
il contributo principale per 110 GeV < mH < 190 GeV
Frascati
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Possibili misure dei parametri
I canali con H->gg e H->4 leptoni offrono le migliori
risoluzioni in massa.
Frascati
28/02/2006
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5 discovery
curve
for A°/H°  tt
Il settore
di Higgs
• MSSM Higgs properties at tree level
can be given in terms of two
parameters:
MA = mass of neutral Higgs A0
tan = the ratio of the vacuum
ATLAS
expectation values of the two Higgs
doublets.
• L’Higgs leggero (proprieta’ simili a
l’higgs del MS) ha una massa < 130
GeV ed e’ osservabile nell’intero spazio
dei parametri
• L’MSSM A0/H0  tt can be discovered
with 30 fb-1 in the region :
150  MA  800 GeV
10 < tan < 45
Produzione dipendente da tan : se
osservato, permette di misurare questo
parametro
• In Frascati
alcune regioni dello spazio dei
parametri
puo’ essere osservato anche
28/02/2006
l’Higgs carico.
16
Eventi SUSY ad LHC
Le masse e gli accoppiamenti delle particelle SUSY dipendono dalla
scelta del modello e dei suoi parametri (nel caso piu’ generale, 105
parametri liberi!).
Modelli particolari (pochi parametri liberi) e specifiche scelte dei
parametri (punti di benchmark) vengono usati per sviluppare
strategie di analisi.
Caratteristiche comuni alla maggior parte degli scenari:
• Stabilita’ del protone: conservazione della parita R, le particelle
SUSY sono prodotte in coppia, la particella SUSY piu’ leggera e’
stabile e debolmente interagente (candidato per la materia oscura)
• Naturalezza: Particelle colorate (quark scalari, gluoni) piu’ leggere di
circa 1000 GeV, dominano la sezione d’urto ad LHC. Decadimento a
cascata nella LSP: getti adronici ed energia mancante.
Frascati
28/02/2006
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Eventi SUSY ad LHC
p
p
Nota bene:
solo una delle
due catene di decadimento
dell’evento e’ mostrata
~
g
q
~
q
q
~
c0 2
~
c01
~
l
l
l
Segnatura:
- Energia mancante dal neutralino
- Getti dal decadimento di squark e gluini
- A seconda dei decadimenti del modello/punto specifico: leptoni isolati,
b-getti, fotoni
Il modello piu’ studiato dagli esperimenti e’ mSUGRA (prossime 10 slides).
Assume l’unificazione delle masse alla scala GUT. 5 parametri liberi:
M0, m1/2, A, tan, sgn(m)
Frascati
28/02/2006
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Simulazione eventi SUSY
Assumendo di partire da un set di parametri mSUGRA…
– Risoluzione delle equazioni del gruppo di rinormalizzazione (RGE) per ottenere
le masse alla scala elettrodebole (ISAJET, SOFTSUSY, SPHENO, SUSPECT, …)
– Calcolo dei branching ratios
– Generazione degli eventi ad LHC (HERWIG, PYTHIA, ISAJET, …)
– Simulazione della risposta del rivelatore
• Veloce: parametrizzazione della risposta del rivelatore ad ogni particella generata
•
(efficienza, risoluzione, …)
Dettagliata: simulazione delle interazioni delle particelle col rivelatore, formazione
dei segnali, ricostruzione dei raw data simulati con gli stessi programmi che
verranno usati per quelli veri (molta piu’ CPU necessaria…)
– Per controllare la densita’ di neutralini nell’universo, limiti dalla fisica del
sapore (b→sg, ...): ISAJET, MICROMEGAS, …
– ATLAS: RGE e BRs con ISAJET, produce un file ASCII con masse e
decadimenti che viene passato ad HERWIG
Frascati
28/02/2006
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The standard discovery plot
Most general search strategy:
jets + ETmiss + n-leptons
Fondi:
- Real missing energy from SM
processes with hard neutrino
tt, W+jets, Z+jets, bb, cc
- Fake missing energy from
detector
ATLAS Physics TDR
Jets + ETmiss + 0 lept.
1 TeV SUSY
SM (PYTHIA)
Meff =S|pTi| + ETmiss (GeV)
ATLAS
10 fb-1
SUSY selection
cuts used in the pictures:
• 1 jet with pT >100 GeV, 4 jets with pT>50 GeV
• ETMISS > max(100 GeV,0.2Meff)
• Transverse sfericity ST>0.2
• No isolated muon or electron with pT>20 GeV
Frascati
28/02/2006
20
Potenziale di scoperta
osservabili fino a 1.5-2 TeV
di massa
• In pratica, il tempo necessario
per la scoperta dipendera’ dalla
capacita’ di ridurre rapidamente
l’errore sistematico sul fondo
(conoscenza dei processi di
fisica dello SM e degli effetti
strumentali)
Frascati
28/02/2006
M1/2 (GeV)
• Con 10 fb-1 squark e gluini
ATLAS
M0 (GeV)
21
Elementi di matrice e fondi
• L’emissione di un getto energetico nei processi
del MS è importante per i fondi SUSY
• Le analisi tradizionali usano Parton Shower
Montecarlo per i processi MS: sottostima
l’emissione di getti energetici
• Studi di fondi recenti:
• Generazione del processo con il calcolo
dell’ elemento di matrice (Alpgen, Sherpa, …)
• Adronizzazione parton con
HERWIG, PYTHIA
• Risoluzione dei problemi di double-counting
con il matching MLM
tt+jet
PT of additional jet (GeV)
Il parton shower è un buon
modello per l’emissione
collineare, ma non descrive
l’emissione di un getto duro.
Frascati
28/02/2006
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Fondi con elementi di matrice
• Il fondo aumenta, e la slope diventa simile a quella di eventi SUSY.
Ma la significanza statistica degli eventi SUSY rimane elevata.
ATLAS Preliminary
(0 leptons)
ATLAS Preliminary
(1 lepton)
SUSY
(mass=1 TeV)
SM (ALPGEN+PYTHIA)
Meff (GeV)
N.B. Il segnale SUSY simulato non è lo
stesso che quello della slide 20 – un
confronto diretto non è corretto
Frascati
28/02/2006
Meff (GeV)
1-lepton channel more promising than 0lepton
- Background decreases more than signal
- Dominant background is top, more
controllable than QCD jets (see later) 23
Fondi dai dati: tt
• Top mass reasonably uncorrelated
with ETMISS
• Select events with m(lj) in top
window (with W mass constraint –
no b-tag used). Estimate
combinatorial background with
sideband subtraction.
• Normalize to low ETMiss region
(where SUSY small)
• Procedure gives estimate
consistent with top
distribution also when SUSY is
present
Frascati
28/02/2006
ATLAS Preliminary
Full Simulation 0.5 fb-1
Blue: tt (MC@NLO)
Green: SUSY
Dots: top estimate
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Altri fondi
• Z+getti, Z → nn
– Selezionare un campione di Z+getti, Z → ee
– Trattare l’impulso degli elettroni come energia mancante
- Normalizzare per BRs, accettanze, etc.
• Altri fondi di fisica (W+getti, bbjj, ccjj, …): usare una combinazione di
Montecarlo validati sui dati e di campioni di controllo.
• Effetti strumentali: code nongaussiane nella risoluzione su getti ed
energia mancante. Strategia:
– Mappatura di celle “cattive” (simmetria f, bilanciamento impulso in
Z+jets, …)
– Evitare regioni problematiche, tipo gettiche puntano nella regione di
separazione tra settori diversi del calorimetro (crack)
– Eliminare eventi col vettore di ETmiss lungo un getto.
• All’inizio, tagli stringenti, rilassati man mano che la comprensione del
rivelatore migliora.
Frascati
28/02/2006
25
Misure esclusive
• Fase 1: scoperta di un eccesso di eventi rispetto alle
previsioni del modello standard (ricerche inclusive)
• Fase 2: studio delle proprieta’ delle nuove particelle
– Ricostruzione di canali di decadimento specifici
– Misura di endpoint cinematici, relazioni tra le masse delle nuove
particelle
– Misura dello spin dalle distribuzioni angolari (richiede statistiche
elevate)
– …
• Gli studi esclusivi richiedono la simulazione di tutti i
processi SUSY per un punto specifico dello spazio dei
parametri, in quanto il fondo dominante e’ solitamente il
combinatorio dagli eventi di supersimmetria
Frascati
28/02/2006
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Edge dileptonico
p
p
Precisione ottenibile sull’edge
con 30 fb-1 : 0.5%
q
q~
~
g
q
q
Il decadimento leptonico del neutralino
e’ particolarmente pregiato:
• Presente in molti modelli
• Il fondo MS e’ spesso trascurabile
• Tipico punto di partenza per la
ricostruzione della catena di
decadimento
Segnatura: due leptoni, getti, energia
mancante
Frascati
28/02/2006
~
c01
~
l
~
c0 2
l
l
ATLAS
30 fb-1
atlfast
Massa invariante e+e- o m+m27
Mass reconstruction: a typical
decay pchain
p
q
~
g
~
q
q
~
c0 2
~l
~
c0 1
l
l
The invariant mass of each combination has a minimum or a maximum which
0
0
provides one constraint on the masses of c
q
~ 1 ~c 2 ~l ~
ATLAS Fast simulation, LHCC Point 5
ATLAS TDR
ATLAS TDR
ll edge
llq edge
lq edge
1% error
(100 fb-1)
1%
error
(100 fb1)
Frascatiin Allanach et al., hep-ph/0007009
Formulas
28/02/2006
ATLAS TDR
ATLAS TDR
llq threshold
28
Model-independent masses
• Combine measurements from edges of different jet/lepton
combinations to obtain ‘model-independent’ mass measurements.
• LSP mass uncertainty large, all other masses strongly correlated with
it.
~
c0
~
lR
1
masses (GeV) LHCC5
SPS1a
m(c01)
~
m(lR)
122
96
157
143
m(c02)
233
177
~)
m(q
L
687-690
537-543
ATLAS
~0
c
2
Frascati
28/02/2006
~
qL
Sparticle Expected precision (100 fb-1)
~L
q
 3%
~
c02
 6%
l~R
 9%
~
c01
 12%
29
Coannihilation (SU1)
Giusto per far vedere che gli stessi studi vengono fatti anche con la simulazione dettagliata
ATLAS Preliminary
Full Sim.
20 fb-1
~q edge
R
ATLAS Preliminary
Full Sim. 20 fb-1
ll edge
Frascati
28/02/2006
ATLAS Preliminary
Full Sim. 20 fb-1
ql(min) edge
qll edge
ql(max) edge
qll threshold
30
Dalle masse ai parametri del modello
Si parte da un set di misure. Si fa uno scan dello spazio dei parametri per trovare i punti
compatibili coi dati.
Nell’esempio, nell’ambito di mSUGRA. Se le misure sono innumero sufficiente si puo’ fare per
modelli piu’ generali (ma 105 parametri liberi sono un problema…)
Questi puunti sono poi forniti ai programmi che calcolano la densita’ di materia oscura.
Si puo’ ripetere per altre osservabili (EDMs, Bs → mm, …) ma occorrono programmi pubblici,
documentati,
con interfaccia standard.
ATLAS measurements
Micromegas 1.1 (Belanger et
al.)+ ISASUGRA 7.69
Wch2 = 0.1921  0.0053
log10(cp/pb) = -8.170.04
Wch2
300 fb-1
ATLAS
Parameter
m0
m1/2
tan()
A0Frascati
28/02/2006
Expected precision (300 fb-1)
 2%
 0.6%
 9%
 16%
31
GMSB scenario
In gauge mediated supersymmetry breaking models, the lightest
SUSY particle is the gravitino.
Phenomenology depends on nature and lifetime of the second lightest state:
~
τ1is NLSP
cτ>>L
cτ~L
cτ<<L
Like an heavy μ
~ is NLSP
N
1
Like mSUGRA
NLSP decays in the detector, possible lifetime measurements
Decay into 2τ
Decay into 2γ
L=detector size
Frascati
28/02/2006
32
GMSB
• Heavy slow “stable” leptons can be tagged with Time-Of-Flight
measurements in muon drift tubes.
CMS
CMS
Also similar ATLAS studies (Phys. TDR)
Frascati
28/02/2006
33
Fisica del sapore e SUSY
• In scenari di “minima violazione del sapore” (come mSUGRA) le
matrici di massa si squark e sleptoni sono diagonali nella base CKM.
Gli effetti sulla fisica del B sono limitati (Bs → mm e b→sg)
• Altri scenari possono risultare in BRs dell’ordine del 10% per
decadimenti di squark e sleptoni che violano il sapore, e avere
effetti osservabili su EDMs, la fisica del B/D/K, m→eg, t→3m, ….
• Workshop dedicato all’interplay tra fisica BSM ad LHC e fisica del
sapore:
Flavour in the era of LHC (CERN, Novembre 2005 – Dicembre 2006)
• Per esplorare questi scenari occorrono dei tools per
– Simulare gli effetti di non-minimal flavour violation su masse e BRs delle
particelle supersimmetriche (e di altri scenari BSM)
– Collegare le osservabili ad LHC (masse, decadimenti) e a basso pt (Bfactories, etc.)
Frascati
28/02/2006
34
Conclusions
• The Standard Model Higgs boson, if it exists, will be observed at the LHC
in case of Supersimmetry, more than one Higgs may be observed.
• Supersymmetry is one of the most promising extensions of the Standard Model.
• In most models, a few fb-1 of data will allow the LHC experiments
to measure a clear excess over the SM contribution and reconstruct
several mass relations. Whether we can achieve this within the first year
of physics run will depend on the ability of the experiments to understand
their detector and the SM processes in a short time.
• Recent ATLAS and CMS studies focus on
• Understanding of SM backgrounds with the use of the latest Montecarlo
tools, and development of strategies to validate the MC predictions with data.
• Large scale productions of full simulation data, are used to study detector
systematic and prepare for real data analysis.
•Looking eagerly forward to the first data!
Frascati
28/02/2006
35
Backup
Frascati
28/02/2006
36
Reach of different channels
Inclusive ETMiss + jet:
• Best signature
• Important for high ∫L
limit
Multi-lepton n(≥1) ℓ:
• Less powerful
• But may be very useful
for early discovery:
– Signal confirmed in
several channels
– Better S/B, leptons
better
measured/understood
than jets at the
beginning – can be
important in early
searches
Esempio: 2mSS
Frascati
28/02/2006
ATLAS
37
Simulazione eventi SUSY (II)
• Interfaccia standard (Les Houches
Accord): e’ possibile, risolvere le RGE
Wc
Softsusy
con SOFTSUSY, passare i parametri
alla scala elettrodebole a ISAJET,
calcolare i decadimenti e passare
masse/BRs a HERWIG
ISAJET 7.69
• Non tutti i programmi interfacciati
(non cosi’ facile calcolare i decadimenti
ISAJET 7.71
con SOFTSUSY e passare il risultato ad
HERWIG)
• Incertezza sulla soluzione delle RGE
in punti difficili dello spazio dei parametri (focus point)
• Anche specificando I parametri alla scala elettrodebole si possono
ottenere masse/decadimenti molto diversi da programmi diversi. Difficile
per uno sperimentale districarsi tra la foresta di programmi e capire
l’origine delle differenze (parametri SM diversi? Correzioni radiative? …)
Frascati
28/02/2006
38
CMS SUSY trigger benchmarks
• 6 benchmark points used to test CMS trigger performance
– Represent difficult “case studies” for the trigger, non exhaustive test
of the values of SUSY parameters.
Point
m0
(GeV)
m1/2
(GeV)
σ (pb)
4
20
190
181
5
150
180
213
6
300
150
500
7
250
1050
0.017
8
900
930
0.022
9
1500
700
0.059
A0 = 0, tanβ = 10, μ > 0
Low Mass (LM):
- Low ETMiss
- Low PT particles
High Mass (HM):
- High mass sparticles
- σprod very low
• 4, 5 and 6 excluded by LEP, but useful to test trigger performances
• The same points are also studied for R-parity violation, with χ10jjj
Frascati
28/02/2006
39
Trigger performances
1 jet + ETMiss > ETMin
4 jet, ET > ETMin
CMS
CMS
Point
Point
4
5
6
4R
5R
6R
L1
92
92
85
94
93
87
HLT
69
68
44
46
41
26
7
8
9
7R
8R
9R
L1
90
98
94 100
100
100
HLT
85
92
76 90
88
64
Efficienza cumulativa (%)
• If R-parity is conserved, the ETmiss trigger have an high efficiency.
• Efficiency is lower for R-parity violation
Frascati
28/02/2006
– Compensated by n-jets triggers
40
Example of an analysis: 2μSS
Promising channel:
(CMS study 2004)
– High trigger efficiency for μ
– Clean, easy channel (even with tracker misalignments)
– Less background contamination than for ETMiss + N jets
Preselection: 2 μ SS with PT > 10 GeV reliable quite early
Further cuts on jet and ETmiss optimized for each point. More difficult to control
with early data
Main backgrounds:
tb
, pb
N1
N2
0.212*
2,120
112
tqb
tb
tqb
5.17*
51,700
1,798
0.129*
1,290
71
3.03*
30,300
1,067
ZZ
18(NLO)
180,000
256
ZW WW tt
26.2
262,000
727
70.2
702,000
39.7
Zbb
886(NLO) 232(NLO)*
8,860,000 2,320,000
142,691
12,924
All
160,000
 N1: Total number of events expected for ∫L=10 fb-1
 N2: Events passing preselection cuts
Dominant background is from top. That’s good – can be understood using data (see later)
Frascati
28/02/2006
41
2μSS results
m
6000
0
Several points visible with
∫L<<10 fb-1
For many points
significance is >> 5
CMS
5000
18
4,6,8,10,11,19,20
17
4000
16
3000
7
2000
2
12
1000
13
0
14
In black the points for which
the significance is > 5σ for
∫L=10 fb-1
1 3
0
15
9
500
5
1000
1500
2000
2500
m3000
1/2
 Study of results stability:
• Both +30% SM and –30% SUSY
• Only point #13 exits discovery zone.
Frascati
28/02/2006
42
Mass peaks
• The 4-momentum of the c02 can be
reconstructed from the approximate relation
p(c02) = ( 1-m(c01)/m(ll) ) pll
valid when m(ll) near the edge.
• The c02 can be combined with b-jets
to reconstruct the gluino and sbottom
~
0
mass peaks from~ g→bb→bbc
2
SPS1a, 300 fb-1, stat. errors only:
0 ) = (500.0 ± 6.4) GeV
~
m(g)-0.99m(c
1
~
~
m(g)-m(b1) = (103.3 ± 1.8) GeV
~ ) = (70.6 ± 2.6) GeV
~
m(g)-m(b
2
Frascati
28/02/2006
ATLAS
SPS1a
CMS
1 fb-1
-1
300 m(q)
fb ~ = (536 ± 10) GeV
m(cbb) (GeV)
CMS 10 fb-1
~
m(g)
ATLAS= (500 ± 7) GeV
SPS1a
300 fb-1
m(cbb)-m(cb) (GeV)
43
Canali di scoperta (II)
Frascati
28/02/2006
44
Split SUSY
• Caratteristiche del modello:
– Abbandona il criterio di naturalezza (violato nel caso della costante
cosmologica)
– Scalari pesanti (>> TeV scale)
– Producibili ad LHC: chargini/neutralini (produzione elettrodebole, difficile
da osservare) e gluini
– Gluino metastabile (decade via squark virtuale)
• I gluini dovrebbero essere facilmente osservabili ad LHC:
– Vita media breve: caso simile a mSUGRA
– Vita media ~ ps : getti con origine diversa dal punto d’interazione
– Vita media lunga: particelle stabili con interazione forte (R-adroni).
Penetranti (energia persa poco maggiore che per i muoni), lente (v<c),
possibilita’ di cambiare la carica per interazione nel rivelatore.
Segnatura con fondi di MS trascurabili, visibili fino a ca. 1800 GeV di
massa.
• Interazioni degli R-adroni implementate in GEANT3 e GEANT4,
studiabili con la simulazione dettagliata
Frascati
28/02/2006
45
Other mass measurements
q~R g c01q
ATLAS
30 fb-1
~
qL gc02q → c01hq
→c0
1bbq
ATLAS Point 5
100 fb-1
ATLAS
30 fb-1
Right
squark
MT2 (GeV)
~ c0 tt
co2  tt
1
M(bbq) (GeV)
c0
2 hard jets and lots of ETmiss. Two body decay of 2
0 .
to
higgs
and
c
1
Reconstruct with
Reconstruct higgs mass
(2 b-jets) and
0
m(q~R)-m(c 1) = (424.2 ± 10.9) GeV
combine with hard
Also works for sleptons.
jet.
Frascati
Get additional mass
28/02/2006
constraint.
M(tt) (GeV)
Tau decay dominates
neutralino BR at large
tan.
No sharp edge because
of n, but end-point can
still be measured.
46
Stop leggero
• Parametri SUSY fissati richiedendo:
– Bariogenesi alla scala elettrodebole
– Materia oscura composta da neutralini
• Punti di benchmark definiti, con
– (Uno dei due) stop leggero (110-160 GeV)
– Gli altri scalari pesanti (1-10 TeV)
• Punto di benchmark studiato da ATLAS:
– Massa dello stop 147 GeV
– Sezione d’urto 430 pb
~
– Decadimento t → b c+ → b W* c0
Frascati
28/02/2006
47
Stop leggero: analisi
Stato finale simile a eventi tt. Segnatura:
2 b-getti, 2 getti leggeri, un leptone,
energia mancante
- Getti ed energia mancante piu’ soffici
che in eventi tt
- Fondo dominante da tt (in misura
minore, Wbbjj).
- Il fondo tt puo’ essere stimato dai dati,
sfruttandone la cinematica nota
b
c0
n
m+
t
t
q
cq
c+
b
c0
ATLAS
Massa invariante bjj
1.8 fb-1
Su una gamba del decadimento, richiedere
una combinazione jjb compatibile col
decadimento di un top. Il campione
selezionato (con pochissima contaminazione
SUSY) viene sfruttato per misurare la forma
delle distribuzioni cinematiche sulla gamba
leptonica del decadimento.
-Dopo la sottrazione del fondo, si ottiene
una distribuzione consistente con quella
dei soli eventi SUSY – buona significanza
conFrascati
soli 2 fb-1
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